TW505787B - Method and apparatus for detecting and selecting foreign parts in cigarettes - Google Patents

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505787 A7 B7 五、發明説明（1 ) 用於偵檢舆選擇香煙中雜質的方法與裝置 本發明係與用來偵檢與選擇在香煙中之外來雜質的方 法有關，其中該煙草係在香煙製造器（也就是香煙製造機 器）内暴露於微波輻射中，且生成兩個與煙草溼氣有關的 信號SF以及與煙草密度和有關的信號SD。 在德國專利第DE 19705260 A1號中，藉由評估因為 物質的存在所引起的微波共振器的不平衡，而偵檢至少一 例如水氣量與/或煙草的乾質量之物質特性的方法和裝置 兩者均為已知，其中二個不同頻率的微波係被施加到共振 器，而共振器之移頻現象和抑制作用係被用以與不具有該 物質的諧振曲線進行比較。 歐洲的專利申請案EP 0889321 A1揭示一以高精密 度和局部解析力來在一個試樣的縱向中，測量密度輪廓及 /或水分輪廓之微波共振器，其中該共振器係裝滿一個介 電質，且具有一係較在其垂直尺寸上所測得之橫向尺寸實 質上較小的厚度之空腔。 在煙草工業中，為了維持產品的品質，偵檢並除去被 包含在生煙草的外來雜質是必需的。”外來雜質”這個術 語的意謂任何被人所了解的非煙草物質。 美國專利第4,707,652號揭露一個應用電磁散射輻 射，來在香煙煙草中偵檢外來的雜質的方法，該電磁散射 輻射係被加以分析的。 美國專利第5,476，108號也與在香煙煙草中偵檢外 來雜質有關，該煙草係以近紅外線來檢測是否偵檢到一個 本紙張尺度適用中g國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） t (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) •訂— -4- 505787 A7 _____—___B7 _— _ 五、發明説明（2 ) , 外來雜質’一個包含有加壓空氣喷嘴的喷射器產生一個信 號，該喷嘴因此相對於含有該外來雜質之香煙而造成一個 空氣喷射’來將其從工作流移除。 最近’德國專利第DE 29719600 U1號揭露一個在 一物質層中用來偵檢不均勻現象和外來雜質的裝置，其中 該物質層係以一粒子束或電磁輻射來加以處理，而加以分 析該穿透或反射的強度。 基於可此出現之所有的外來雜質，這些用於福檢和移 除在香煙製造器中之外來雜質的方法，係僅可用於一有限 的範圍，因而其效率不足。 除了純粹的金屬偵檢裝置或氣體和篩網分類方法，在 煙草加工相關領域中，習知技藝更特別地使用了光學影像 評估方法。 這些方法具有下列各項缺點·· -這些裝置的效率係以外來雜質的光學偵檢為基礎。因此 該煙草質量流必須被稀釋成單層，而此單層只能藉由需 在設備和空間上耗費高成本才能造成。 •該偵檢率係為因物質而異的且特別是有賴於外來雜質的 顏色和大小。具有與煙草類似的顏色之小的外來雜質係 實質上無法偵檢。 •除了實質的外來雜質之外，好的煙草材料也總是被規律 地排除。這增加了非所欲的煙草損失並導致了額外的成 本。 衣紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） ^----- C請先閲讀背面之注意事项再填寫本頁) 訂丨 -線- ^ / o / A7 ^^'^ _____ B7 五、發明説明（1 ) ' 一~ ：一~ 為了在預期可行的傳統質量流中尋找並移除任何之外來 #質’香煙的外來雜質偵檢裝置係較佳地設置於煙草切 割階段的上游。然而，不僅是生的煙草會被外來的雜質 巧染’在煙草加工作業期間也有外來雜質進入煙草的潛 在的風險。因此，雖然裝設了外來雜質搜尋裝置，仍然 有外來雜質進入香煙製造器的風險。 -在香煙製造器裡，儘管具有一個用於分離例如小和不想 要的莖幹碎片或所謂的風選機莖幹的粗雜質之功能單 位’但是這個單位是無法以一個適當的效率來去除外來 雜質的’所以會有外來雜質最後會進入香煙的風險。 因此本發明的一個目的，是要提供一個在已完成的煙 草中镇檢外來雜質之方法，其是可用在香煙製造器上且不 需要放射性ϋ射，且比起已知#方法其係被改善的。一含 有的外來雜質之香煙桿會直接地被偵檢器偵檢到並自動地 從生產程序中排除。 為了達成這個目的而使用上述類型的方法，並將密度 仏號s❶與水分信號sF結合評估而加以確認，以偵檢在 煙草中存在或不存在的外來雜質的。 因此，本發明提供一個在香煙製造器中，對已完成的 香煙直接地偵檢外來雜質的辦法，且其具有一高效率，同 時可避免上述在煙草加工相關領域中之外來雜質尋找裝置 的缺點。 在依據本發明之用於在香煙中偵檢外來雜質的方法 中’且在所形成之連續煙桿在被切割成個別的煙桿之前， 衣紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） …… ——t……-------------、订-----------……-« (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 505787 A7 ' B7 五、發明説明（4 ) ^ 係在香煙製造器的範圍内被暴露至微波輻射中，並且一與 煙桿密度有關的信號sQ以及一與煙桿水分有關的信號 SF兩者都會產生，然後經由資料處理的方式計算出一個 結合的信號SK，其係是重要的且係對於偵檢可能存在香 煙桿中的任何外來雜質具有高靈敏度。煙桿水分這個術語 係代表了在煙桿中基於其之乾重的水份百分比。 本發明係以下列各項想法為基礎： ® 有些時候已一微波測量單位來確定香煙桿的煙草密度 是可能的。該微波測量單位的信號提供一個用以調節典型 香煙重量之基礎。 該測定的方法係實質上基於評估在潮濕物質樣本之水 分子偶極子弛豫現象。為了這個目的，測量物質係被帶進 共振器的場域之内。當該待測物質位於共振器的電磁場 時，該共振器的諧振頻率係較空的共振器的為之減少，然 而諧振線的尖峰寬度係較空的共振器為大。該物質的水分 含量越高，此二種效果越大。 這二個藉由測量所測定的參數，不僅被物質的水分含 量所影響，同時也被共振器的場域範圍裡面的樣本物質之 填料密度所影響。因此該方法是適合於彼此獨立地同時測 量二量測數值，即如果藉由標準測度的方式進行水分校 準，則物質水分係獨立地於填料密度，以及如果係利用標 準測度進行密度的校準，則物質密度係獨立地於物質水 分0 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） -----------------------裝----------------：tr------------------線. (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) )U5787 A7 ---~__gL· — 五、發明説明（5 ) , — " ’— 當藉由該微波共振測量原理來測量煙草桿的密度的時 候，一個物質水分的測量值係如一次產物般自動地而且實 質上地取得，以如"百分率水含量（％H20)"加以表示， 其係無法進一步運用的。 一存在於煙草桿中之外來雜質，係以其之密度和其之 物質水分與其餘煙草桿之不同而辨識出密 和椒兩個信號的結合評估，一個在位置上之煙= 被以高靈敏度和精密度來偵檢外來雜質，並在一個接下來 的步驟中排出有問題的香煙。如果只評估密度或水分將會 產生誤解的現象，因為不含外來雜質的一般煙草桿係具有 於某些隨機的與不規則的密度和水分變動。 此種在香肖製造器中運用一商業微波測定裝置來測定 煙草密度和水分而偵檢外來雜質的原理， 被確認並加以測試》為了此種目的，人工換有 或粒子之香煙桿的測定係被施行。 本發明係進一步有關於一用於施行該方法的裝置，其 中含有不想要的外來雜質之煙草桿部分係可以被移除的。、 該裝置係以如EP 0889321 A1所揭露的一個微波共振器 為基礎，即為一陶瓷材料係被夹合於上部和下部之金屬壁 間的微波共振器。-路徑係延伸通過該金屬板或壁並通過 該陶£材料，且該被檢測的材料係經過該路徑而移動。當 符合某種標準的時候，由微波共振器產生之該信號係被: 加到-控制-移除器的處理電路，以自煙草條上移除預定 部分。正常地該移除器係以離微波共振器一段距離而設置 衣紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公爱） 丨…_ΤΓ------- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 505787 A7 ____B7 五、發明説明（6 ) ^ 在香煙製造器或香煙製造機上，因此在微波共振器和移除 器之間的信號必須要加以計時。然而，對於熟習於此藝者 要完成此種計時作業將不會是問題。舉例來說，提供該香 煙製造器之主軸一個會產生具有一個可與香煙機器的工作 速率清楚鑑別之信號的編碼器是可能的。在一個實施例 中，該編碼器係為一固定地連結至香煙製造器之主軸的旋 轉盤，因此其係以與香煙製造器主轴相同之速率旋轉的。 當然是可以使用一個比香煙製造器主軸的速率較高或較低 之速率來使旋轉盤旋轉。唯一需要的是在二個速率之間的 關係需要總疋維持成一常數。如果該旋轉盤係在它的周圍 具有固定間隔之孔或裂縫或間隙，例如360個孔或間隙， 一光束自圓盤的一侧由一光源向圓盤的另一側提供，並對 被導向一個設置於圓盤的另一侧向之光電池，而該圓盤每 元成一次旋轉時’在經過孔或間隙的時候會產生360個 脈衝，是以每個脈衝代表迴轉一度的運動。這些電氣脈衝 係在一個電子電路裡被加以處理，並且用於作為控制移除 器相對於微波共振器之計時關係。對於習於此藝者而言， 要確定直到移除器被啟動之前要計算多少脈衝，將不會是 問題。直到移除信號要被施加到移除器前所需要的編碼器 脈衝的數目"η"，會因為香煙機器的各種不同的因數而不 同，舉例來說測定感應器的設置位置、香煙的大小或與機 器相連接之過濾器的設計參數。 該移除器可以有各種不同的設計，舉例來說，當其被 一個啟動信號（也被稱為"移除信號"）而啟動的時候， ----- —_________ 表紙張尺度適用中S國家標準（CNS) Α4規格（210X297公釐） ......................裝------------------訂................線· (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 505787 A7 ____ B7_ 五、發明説明（7 ) - 其可以是一發出強空氣喷射之簡單的加壓空氣喷嘴，該空 氣喷射流係被相對於煙草條而橫向地導引，因而將一特定 區域自該煙草條中吹走。 在另外的一個具體例中，該移除器係設置在切斷裝置 之後，在該香煙已被完成之位置的香煙製造器中。在這個 具體例中，整個香煙將自生產過程中移除且轉移到煙草回 收站。 本發明在下述中被藉由下列各項第圖式而更加詳細的 解釋： 第1圖係為正常的香煙的密度和水分之曲線。 第2圖係為具有一個木質部分的外來雜質之依照第 1圖的曲線。 第3圖係為一個具有硬塑膠性物質部分的外來雜質 之如第1圖的曲線。 第4圖係為一個具有橡皮部分的外來雜質之如第1 圖的曲線。 第5圖係為一個具有玻璃杯碎片的外來雜質之如第 1圖的曲線。 第6圖係為一個具有金屬部分的外來雜質之如第1 圖的曲線。 第7圖係為一個具有石質的外來雜質之如第1圖的 曲線® 第8圖係為正常的香煙之結合訊號的資料模式。 衣紙張尺度適用中國國家標準（CNS)从規格（21〇χ297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) t, 訂— ». 505787 五、發明説明（8 第9圖係為具有一個木質部分的外來雜質之依照第 8圖的資料模式。 第1 〇圖係為具有一個硬塑膠性物質部分的外來雜質 之依照第8圖的資料模式。 第11圖係為具有一個橡皮部分的外來雜質之依照第 8圖的資料模式。 第12圖係為具有一個玻璃碎片部分的外來雜質之依 照第8圖的資料模式。 第13圖係為具有一個金屬部分的外來雜質之依照第 8圖的資料模式。 第14圖係為具有一個石質部分的外來雜質之依照第 8圖的資料模式。 第1圖係表示正常煙草桿之的密度和水分的測量 點。此測量以1毫米之間隔進行並以重疊的方式製圖。 上方的曲線係為一正常香煙所表現之水分分布，且其係具 有10.0和10.5%之間的水。在相同的測量範圍中，一 正常香煙之密度在205和255毫克/cm3之間變動，平均 值大約為220毫克/cm3。 如果依照一木質部分係存在煙草桿中之第2圖，在 18到28毫米的區域中密度和水分在這個區域兩者都會 有一個明顯的尖峰變化。 第3圖表示一硬的塑膠性物質之曲線路徑，其顯示 了一個在12和20毫米之間清楚的密度高峰與在12和 20毫米之間的對應之水分高峰。 衣紙張尺度適用中3國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐）

-11 - 五、發明説明（9 ) 第4圖表示以一個橡皮部份為外來雜質之曲線，其 在8和25毫米之間得到清楚之高峰。 第5圖表示在一個煙草桿中以玻璃杯碎片作為外來 異物之曲線。密度和水分曲線兩者都在22和33毫米之 間顯示清楚的高峰，以表示存在有一個的外來雜質。 第6圖表示以一個金屬製部分作為外來雜質之曲 線，其在27和38毫米之間具有甚至更顯著的高峰。 在煙草桿中以一石頭當做外來雜質，同樣地可在15 和25毫米之間得到並且偵檢到清楚的高峰，如同能清楚 地從第7圖中所得到的。 由同時、對應獲得之煙桿密度Sd和桿水分&之量 側數值，係依據下列之公式計算得到結合信號Sk來進行 資料處理： SK= ABS(態樣X·量測得的數值Xi)n密度* ABS(態樣X-量測得的數值χ〖)η水分 結合Is號SK係為態樣減去第丨次測量之密度信號 值的差別之數值，與態樣減去第i次測量之水分信號值 的第η次方之數值的乘積，同時其以一顯著且高靈敏度 的方式來在香煙桿中鑑別外來雜質。可變的η可以為在i 和5之間的一個假定數值。 結合信號SK也可以藉由使用下列各項公式計算·· SK=(態樣X-量測得的數值Xi)n密度*ABS(態 樣X-量測得的數值Xi)n水分 或 各紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公爱） -12- 505787 A7 — ------------ B7___ 五、發明説明（1Q ) · sk = ABS (態樣χ·量測得的數值Xi)n密度*(態 樣X-量測得的數值Xi) η水分 或

Sk =(態樣X-量測得的數值Xi)n密度態樣 X-量測得的數值X )n 水分 結合信號SK係藉由下例圖式的幫助進一步地說 明，該結合信號係基於如第丨到7圖之最初的獲得之測 量信號。 第8圖表示正常煙草桿之具有強度從零值線變化到 一個最大值為1的結合信號之數據點。 依據第9圖如果在煙草桿中有一個木質部分，則在 22和26毫米之間將會一個最大強度達到丨丨的數值之 顯著高峰。 第10圖表示硬塑膠性雜質在14和18毫米之間顯 示一個最大強度達到9之數值的結合信號高峰之數據模 式。 第11圖表示以一橡皮雜質當作外來雜質所在14和 18毫米之間導致一個最大強度達到650之數值的、、主接古 峰之數據模式。 θ ^ 第12圖表示在一個煙草桿中以一破璃碎片當作外來 雜質之數據模式。其在25和30毫米之間具有一個最大 強度達到700的數值之清楚的高峰，而可得到外來_ 存在之結論。 ” 本紙張尺度適用中国國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） -----------------------裝------------------訂-------------……線· (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -13- 505787 11 五、發明説明（ 第13圖表示以一金屬雜質當作外來雜質所之在29 和31毫”間具有一個最大強度達到20，_之數值的 清楚局峰之數據模式。 在煙草桿中以-石頭作為外來雜質會引起一最大強度 達到3,500之數值的同樣清楚的高峰，並聽如同能清 楚地從第14圖一般’會在18和22毫米之間所躲獲 得。 如果該結合信號超過一個例如數值5之設定的閥 值’一個外來雜質信號將會產i以控制一個移除器。這使 得確認含有外來雜質的香煙桿係自生產程序除去並提供至 一分離的處理夠件中變的式可行的。 本發明同樣能很好地用於桿狀的、連續的或部分的散 裝原料單位。 . .--^ J.-------------------------______ ----•丨 <— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中關家標準（CNS) A4_ (21(3X297公蹇） -14-

Claims (1)

1. 州/87 A8 B8 C8 —2___ 申請專利範園 h —種用於在香煙中偵檢並選擇外來雜質的方法，其 中該煙草係在香煙製造器附近暴露至微波輻射，而 生成兩個一個與煙草水分有關的信號Sdu及一個 與煙草密度有關的信號sF，其特徵在於該密度信 號SD和水分信號sF係彼此結合地加以評估，以 偵檢在煙草中存在或不存在之外來雜質。 2·如申請專利範圍第1項的方法，其特徵在於該結 合信號SK係來自同時獲得之測得的密度信號％ 與水分信號SF，而藉由資料處理而計算得到的。 3·如申请專利範圍第1項的方法，其特徵在於如果 結合信號SK超過一個可調整的閥值，一個外來雜 質k號將被產生，並用來控制一個移除器以移除外 來雜質。 4. 一種用於實行如申請專利範圍第1至3項中任一 項的方法的裝置，其包含有一具有充滿著介電質的 共振空腔之微波共振器，該介電質具有一該煙草條 係以一連續的方式導入之路徑，該裝置進一步包含 至少一個具有一與其相連接之電極的微波天線，以 發出射頻輻射進入且通過該共鳴振空腔之内，其特 徵在於該微波共振器係被連接到一個移除器並控制 該移除器，因而在偵檢到一外來雜質時，一個信號 係被施加至該移除器，該信號啟動該移除器以移除 一含有外來雜質的煙草條中之雜質。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .訂. -15- 505787 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 5.如申請專利範圍第4項的裝置，其特徵在於其提 供一電子的或電機的控制電路，以處理從微波共振 器的信號，而產生移除器的啟動訊號。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· :線丨 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210 X 297公釐） -16-